《金属有机框架碳捕获材料的发展和商业突破》

  • 来源专题:关键矿产与绿色冶金
  • 编译者: 欧冬智
  • 发布时间:2025-08-11
  • 金属有机框架材料(MOFs)是一种具有极高孔隙率的多孔粉末状固体,其内部表面积巨大,每克MOFs粉末可达一个足球场大小。尽管过去30多年里,MOFs吸引了大量学术研究,但由于制造成本高,一直未能实现大规模商业化应用。2025年5月,加拿大伯纳比市开设了一家名为Redwood的工厂,由Svante公司运营,专门生产用于捕获二氧化碳的MOFs过滤器,目标是每年生产足够的过滤器来捕获1000万吨二氧化碳。这标志着MOFs在商业应用上的重大突破。Svante公司通过与加拿大卡尔加里大学合作,开发了一种名为CALF-20的锌基MOF,该材料能够在含有水分的烟气中高效捕获二氧化碳。这一合作简化并规模化了CALF-20的合成方法,使其能够以较低成本生产。除了碳捕获,MOFs在催化剂、从水中捕获有毒化学物质、药物输送等领域也展现出巨大的应用潜力。例如,美国加州大学伯克利分校Omar Yaghi团队展示了基于MOF-303的水收集装置,可在低湿度环境下吸收水蒸气。目前,多家公司正在开发用于碳捕获和封存的MOFs产品。根据IDTechEX的分析预测,MOFs的市场可能在未来十年内增长30倍,从3000万美元增长到2035年的9.3亿美元。这一预测显示了MOFs在未来环保和工业应用中的巨大潜力。
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    • Svante公司祝贺2025年诺贝尔化学奖授予Susumu Kitagawa、Richard Robson和Omar Yaghi,以表彰他们在金属有机框架(MOF)领域的开创性工作。Svante的首席运营官表示,诺贝尔委员会对MOF材料的认可对碳捕集和去除领域意义重大,MOF技术是Svante成功的基石。公告强调了MOF在气体分离和高容量捕集方面的能力,特别是与工业碳捕集相关的CALF-20,该MOF由Svante的重要合作伙伴George Shimizu博士研发。Svante已实现包括CALF-20在内的固体吸附剂材料的商业化量产,并通过新成立的Svante OEM&D部门,助力固体吸附剂领域的客户更快地将气体分离技术推向市场。
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    • 生物医用材料(Biomedical Materials)或称生物材料(Biomaterial),泛指用于对人体进行诊断、治疗、修复或对人体病患组织、器官进行替换或增进其功能的材料。按照国际惯例,生物医用材料的管理划属医疗器械的范畴,是研究人工器官和医疗器械的基础。生物医用材料是当代科学技术中涉及学科最为广泛的多学科交叉领域,包括材料、生物和医学等相关学科,已经成为当代材料学科的重要组成部分。生物医用材料的研究与开发必须有明确的应用目标,即使化学组成相同的材料,因其应用目的不同,相应的结构和性质要求不同,制造工艺也不同。因此,生物医用材料科学与工程总是与其终端应用制品密不可分,通常谈及生物医用材料,既指材料自身,也包括医用植入器械。 全球产业现状 据 QY Research 调查分析,2018 年全球的生物医疗器械及材料相关产业的消费市场以北美最大,欧洲次之,亚洲第三。但是未来几年,随着中国利润丰厚的医疗器械行业和新税收政策,以及心血管疾病数量增加、人口老龄化日益增加、髋关节和膝关节置换手术量增加等因素,亚太地区将成为生物医用材料增长最快的市场。产业竞争方面,生物医用材料产业主要由美国、欧洲、日本等发达国家高度垄断,全球70%以上的市场份额由排名前30的公司占领。中国生物医用材料产业的发展相对落后,科技成果转化能力比较低,产业技术创新能力不强,技术高端产品多数依赖进口。但是,随着国家重视程度不断提升以及居民健康意识的逐渐提高,中国生物医用材料产业的发展突飞猛进,近些年已涌现出一大批具备竞争力的优秀企业。 全球最大的生物医用材料生产和消费国是美国,占据了全球市场39%左右的份额;欧盟则是凭借其早先的经济基础和较为完善的医疗保障体系等优势紧随其后,占据了全球第二大市场,整个市场份额约为27%;亚洲地区是全球第三大市场,占据了超过20%的市场份额,其中日本占据了10%的市场,而且日本在血液透析材料等领域有着非常明显的优势,同时也带动了其国内其他类型生物医用材料的快速发展。 我国生物医用材料产业的发展突飞猛进,并初具规模,现已经成为一个战略新兴产业,其总产值的增长远高于同期国民经济平均增速。近几年增速更呈加快趋势,目前年增长已达20%左右,保守估计至2020年,我国生物医用材料市场规模可达4,000亿元左右。国家政策和市场导向不断推动着国内生物医用材料及其产品的创新与生产,国内企业在这一领域内相继取得了丰硕的成果。2019年2月27日,乐普(北京)医疗器械股份有限公司自主研发的重磅产品“生物可吸收冠状动脉雷帕霉素洗脱支架系统”(NeoVas)获得国家药品监督管理局(NMPA)批准的医疗器械注册证,这标志着我国在该领域的研发制造能力已达到国际领先水平,将引领经皮冠状动脉介入治疗(PCI)技术进入“可降解时代”。 发展趋势及建议 目前,生物医用材料的前沿及发展方向主要包括:新一代生物材料的设计与研发、纳米生物材料及软纳米技术、表面改性及表面工程研究、先进制造方法学等。新一代生物材料的设计与研发是生物医用材料研究追求的目标,纳米生物材料及软纳米技术是生物医用材料研发的前沿与热点,表面和表面工程是现阶段发展新一代生物医用材料的主要途径,先进的制造方法学是生物材料科学的一个重点。因此,许多研究机构都把目光聚集到这些研究方向,并在诸多细分领域内取得了突破性进展。 美国方面研发出新一代骨替代材料和有效延长干细胞存活率的聚合物生物材料; 日本生物材料专家们开发出聚己内酯(PCL)增强的复合材料,同时设计出具有更高结晶范围的无规聚合物单体共结晶材料; 欧盟方面,德国学者遵循人体机理制造了新型的骨骼愈合材料,并设计了磁力更强的磁性微球材料; 中国科研人员也在新型生物医用材料中不断创新,复旦大学科研团队通过发展金属-高分子复合技术,开发出一种兼备高的力学性能和适宜的降解速率的冠脉支架。中国科学院研究人员开发出一种减少癌症化疗副作用的富勒烯氨基酸衍生物,极大提高了化疗作用的耐受性,华南理工大学研究的电活性生物材料显著促进骨整合和脊髓神经损伤修复效果。 近年来,我国生物医用材料产业取得了长足的发展,已经成为国家经济的重要支撑之一。限制我国生物医用材料产业发展的“瓶颈”主要在于技术不能适应市场、技术与管理脱节、工程化薄弱、资金投入不足,从而造成研究成果转化慢、产业化程度较低。针对上述问题,对于未来我国在生物医用材料领域的发展提出以下几点建议:有关部门应建立促进生物医用材料产业快速发展的政策和机制,明确激励机制和政策支持,形成统一的全面规划和管理体系;加强企业的研发能力;大力发展大型企业或企业集群,形成规模化生产等。